[1]Изобретение относится к электронным линзам, а точнее к иммерсионным магнитным объективам, и может быть использовано при формировании эмиссионного изображения исследуемого объекта на люминесцентном экране эмиссионного электронного микроскопа.
[2]Иммерсионный магнитный объектив предназначен для формирования качественной эмиссионной картины с большим электронно-оптическим увеличением при изучении топологии поверхности, например термокатодов.
[3]Известен иммерсионный магнитный объектив для эмиссионного электронного микроскопа [1]. Объектив содержит герметичный корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками, выполненными из магнитопроводящего материала, объектодержатель и катушку возбуждения.
[4]Основным недостатком такого объектива является наличие разрыва в магнитопроводе для размещения в нем изолятора, крепящего верхний полюсный наконечник, что приводит к большой потере напряженности магнитного поля в зазоре размещения объекта и не позволяет сфокусировать эмиссионное изображение достаточно четко. Следовательно, не обеспечивает электронно-оптического увеличения при наблюдении эмиссионных объектов с малыми размерами эмиссионных зон.
[5]Известен иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа - прототип [2]. Объектив содержит герметичный корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками из магнитопроводящего материала, объектодержатель с объектом. Верхний полюсный наконечник является анодом и выполнен из двух частей с разрывом между ними в виде щели в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Две части верхнего полюсного наконечника соединены между собой кольцом из немагнитного материала. Нижний полюсный наконечник выполнен с возможностью осевого перемещения. Повышение электронно-оптического увеличения достигается за счет возникновения на оптической оси дополнительной магнитной линзы, образующейся в щели.
[6]Недостатками такого объектива являются:
[7]- недостаточное электронно-оптическое увеличение и качество изображения при исследовании изделий с малыми размерами эмитирующей поверхности;
[8]- возможность возникновения электрического пробоя между заземленным объектом исследования и нижней частью верхнего полюсного наконечника при исследовании объектов, имеющих острийные выступы.
[9]Техническим результатом изобретения является повышение электронно-оптического увеличения при сохранении оптической базы микроскопа, улучшение качества эмиссионного изображения и расширение номенклатуры исследуемых объектов.
[10]Технический результат достигается тем, что иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа содержит корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками из магнитопроводящего материала с продольным каналом по оптической оси системы, в зазоре между которыми размещен объектодержатель с объектом. Верхний полюсный наконечник является анодом, изолирован от корпуса и выполнен из двух частей с разрывом между ними в виде щели в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Нижний полюсный наконечник выполнен с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть верхнего наконечника закреплена на корпусе через изолятор. Верхний наконечник помещен в экранирующий электрод, который выполнен из немагнитного материала в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, закрепленный на корпусе. Причем торцевые поверхности нижней части анода и конуса ограничены единой плоскостью.
[11]Нижняя часть верхнего наконечника закреплена на корпусе через изолятор, что позволяет подавать на каждую часть анода разные по величине электрические потенциалы. В случае, когда высокий потенциал подан на верхнюю часть анода (верхнюю часть верхнего наконечника), а более низкий потенциал на нижнюю часть анода (нижнюю часть верхнего наконечника), в щели объектива образуется рассеивающая электростатическая линза, увеличивающая эмиссионное изображение на экране микроскопа. А если потенциалы поданы наоборот, то образуется собирающаяся электростатическая линза, уменьшающая эмиссионное изображение на экране микроскопа.
[12]Чтобы повысить качество эмиссионного изображения за счет уменьшения ионной бомбардировки объекта исследования, на верхнюю часть анода подают электрический потенциал ниже чем потенциал на нижней части анода.
[13]Верхний наконечник помещен в экранирующий электрод, выполненный из немагнитного материала в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, и закрепленный на корпусе. Экранирующий электрод как и объект находится под потенциалом земли. Что позволяет устранить электрический пробой, который может возникнуть при исследовании объектов с острийными частями.
[14]Торцевые поверхности нижней части верхнего наконечника и конуса ограничены единой плоскостью, что обеспечивает оптимальную работу анода, то есть объект может быть приближен к аноду на расстояние, при котором не возникает электрический пробой.
[15]Иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа поясняется чертежом.
[16]На фиг. 1 представлен иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа, где:
[19]верхний полюсный наконечник 3;
[20]нижний полюсный наконечник 4;
[23]верхняя часть верхнего полюсного наконечника 7;
[24]нижняя часть верхнего полюсного наконечника 8;
[27]экранирующий электрод 11,
[28]катушка фокусирующая 12,
[29]сильфонный привод 13,
[33]Иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа для исследования термокатодов содержит закрепленный на фланце 1 корпус 2, выполненный из стали 10895(АРМКО), который является магнитопроводом. Соосные между собою верхний 3 и нижний 4 полюсные наконечники, выполненные из стали 10895(АРМКО), с продольным каналом по оптической оси системы. В зазоре между полюсными наконечниками 3 и 4, шириной d, равной около 10 мм, на объектодержателе 5 закреплены термокатоды 6.
[34]Нижний полюсный наконечник 4 может перемещаться по оси с помощью сильфонного привода 13.
[35]Верхний полюсный наконечник 3 разделен на две части 7 и 8 щелью шириной s, равной 2 мм. Верхняя часть 7 верхнего полюсного наконечника 3 крепится к корпусу 2 изолятором 9, выполненным из керамики 22ХС, а нижняя часть 8 верхнего полюсного наконечника 3 крепится к корпусу 2 изолятором 10, выполненным из 22ХС. Верхний наконечник 3 помещен в экранирующий электрод 11, выполненный из нержавеющей стали X18Н10Т в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, который закреплен на корпусе 2. Торцевые поверхности нижней части анода 8 и конуса электрода 11 ограничены единой плоскостью. Фокусирующая катушка 12 предназначена для создания магнитного поля в щели и зазоре.
[36]Объектив работает следующим образом.
[37]Фланец 1 прикрепляют к камере эмиссионного электронного микроскопа. Термокатод 6 закрепляют на объектодержателе 5 и помещают в корпус 2. Камеру микроскопа откачивают до высокого вакуума (приблизительно 1·10-5Па). Термокатоды 6 нагревают до получения термоэмиссии. Высокий потенциал(примерно 20Кв) подают на верхнюю часть анода (верхняя часть 7 верхнего наконечника 3) и низкий потенциал (примерно 15 Кв) подают на нижнюю часть анода (нижняя часть 8 верхнего наконечника 3). Включают фокусирующую катушку 12 и получают на экране микроскопа нефокусированное эмиссионное изображение. Изменяя ширину зазора d, перемещая нижний наконечник 4 сильфонным приводом 13, повышают четкость изображения. Ширина зазора d может быть от 5 мм до 25 мм в зависимости от габаритов исследуемого объекта.
[38]Далее, чтобы повысить качество эмиссионного изображения за счет уменьшения ионной бомбардировки объекта исследования, на верхней части 7 верхнего наконечника 3 оставляют электрический потенциал 20Кв, а на нижнюю часть 8 верхнего наконечника 3 подают 30Кв. Из-за наличия разности потенциалов основная масса ионов микроскопа движется в сторону экрана и лишь небольшая часть ионов направляется к объекту.
[39]Использование предлагаемого устройства в экспериментальном образце позволило получить магнитный объектив с повышенным электронно-оптическим увеличением в 2 раза при сохранении оптической базы микроскопа. При оптической базе микроскопа L=350 мм электронно-оптическое увеличение с объективом-прототипом составляло до 300 - крат, а с нашим образцом составило 600-крат.
[40]Магнитный объектив позволяет исследовать объекты с острийными частями.
[41]Ионная бомбардировка в микроскопе с помощью предлагаемого объектива уменьшилась в 30 раз, что позволило получить более качественное изображение.
[43]1. Авторское свидетельство СССР №241560, М.Кл. H01J 37/10.
[44]2. Патент RU №2002329, МПК H01J 3/20 - прототип.
